BRPI0417356B1 - sistema e método para prevenção de colisão pistão-válvula em um motor de combustão interna - Google Patents

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BRPI0417356B1 BRPI0417356A BRPI0417356A BRPI0417356B1 BR PI0417356 B1 BRPI0417356 B1 BR PI0417356B1 BR PI0417356 A BRPI0417356 A BR PI0417356A BR PI0417356 A BRPI0417356 A BR PI0417356A BR PI0417356 B1 BRPI0417356 B1 BR PI0417356B1
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Abstract

"sistema e método para prevenção de colisão pistão-válvula em um motor de combustão interna". a presente invenção se refere a um sistema e a um método de acionamento de válvula para utilização em um motor de combustão interna compreendendo pelo menos um cilindro de combustão possuindo um pistão e uma válvula de motor para prevenção de colisão pistão-válvula no referido motor de combustão interna. em concordância com a presente invenção, o referido sistema de acionamento de válvula está caracterizado pelo fato de que inclui uma bomba hidráulica, um reservatório de alta pressão, e um acionador de válvula eletro-hidráulico. a bomba hidráulica está configurada para produzir uma saída hidráulica fundamentada sobre um perfil de folga de válvula-pistão de pelo menos um cilindro do referido motor de combustão interna. o reservatório de alta pressão está acoplado com a referida bomba hidráulica. o acionador de válvula eletro-hidráulico está acoplado com o referido reservatório de alta pressão por intermédio de uma primeira válvula de controle e configurado para acionar pelo menos uma válvula de motor de referido motor de combustão interna em concordância com uma saída da referida bomba hidráulica.

Description

" SISTEMA E MÉTODO PARA PREVENÇÃO DE COLISÃO PISTÃO-VÁLVULA EM UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA " CAMPO TÉCNICO DA PRESENTE INVENÇÃO Δ presente invenção genericamente se refere a um dispositivo eletro-hidráulico para acionamento de um elemento de controle de um motor de combustão interna. Mais particularmente, a presente invenção se refere a um sistema e a um método para regulagem de um suprimento hidráulico de alta pressão para acionadores de válvula de motor eletro-hidráulicos.
PANORAMA DO ESTADO DA TÉCNICA DA PRESENTE INVENÇÃO 0 motor de combustão interna é bem conhecido e tem colecionado muita atenção desde a sua criação. Devido para o fato de sua utilização onipresente, esforços substanciais são constantemente feitos para aperfeiçoar projetos para o motor de combustão interna e para seus sistemas de controle. Dos muitos avanços feitos, acionamento de válvula independente e injeção eletrônica de combustível foram concebidos para aperfeiçoar desempenho (performance) e eficiência sobre motores fundamentados em excêntrico.
Com sistemas de acionamento de válvula independentes, as válvulas de motor podem vir a entrar em contato com os pistões de motor. Esta colisão válvula - pistão pode provocar sérios danos de motor conduzindo para falha de motor. Conseqüentemente, sistemas de acionamento de válvula são contemplados que previnem que tais colisões válvula-pistão venham a acontecer.
Colisão válvula-pistão tem sido de particular relevância para trens de válvula eletro-hidráulicos sobre motores com freio motor, tais como motores a diesel comerciais pesados. A solução rotineira para resolver este problema confia pesadamente em controle de realimentaçâo fundamentado sobre mensurações de elevação de válvula, que não é nem confiável e nem eficiente em custos. Por exemplo, a patente norte americana número US 6.092.495 descreve um método de controlar eletronicamente válvulas controladas para prevenir interferência entre as válvulas e um pistão. Enquanto o sistema pode prevenir colisão pistão-válvula, este sistema é defeituoso devido para o fato de que uma falha no sistema de controle elétrico podería provocar danos de motor severos.
Por conseqüência, existe uma necessidade por sistemas e métodos novos e aperfeiçoados para controle de válvula em um motor de combustão interna que proporcionam folga de pistão-válvula confiável.
RESUMO DA PRESENTE INVENÇÃO
Em concordância com um aspecto da presente invenção, um sistema e um método estão proporcionados para regulagem de suprimento hidráulico de alta pressão para um acionador de válvula eletro-hidráulico. A, presente invenção proporciona folga de pistão-válvula confiável.
Um outro aspecto da presente invenção está genericamente caracterizado pelo fato de que um sistema de acionamento de válvula para utilização em um motor de combustão interna compreende pelo menos um cilindro de ) combustão possuindo um pistão c uma válvula de motor. O sistema de acíonamento de válvula incluí uma bomba hidráulica, um reservatório de alta pressão, e um acionador de válvula eletro-hídráulico. A bomba hidráulica está configurada para produzir uma saída hidráulica fundamentada sobre um perfil de folga cie válvula-pi st ao do cilindro do motor de combustão interna. O reservatório de alta pressão esta acoplado coro a bomba hidráulica. 0 acionador de vá1vu1a e1et r o-hidr áu1ico es ti á acop1ado com o r e servatório d e a 11 a p r e s s a o e c o n f i g u .r a d o p a r a a cionar p e 1 o m e η o s um a vá .1 cuia de motor do motor de combustão interna em c o n c o r dâ n c í a c om um a saída da faomb a h í d r á u 1 í c a . A s a n t e r i o rm e n t e me n c i o n a d a s e o u t r a s c a r a c t e r .1 s t í c a s e vantagens da presente invenção irão ser adiciona Imente compreendidas a partir da descrição a seguir das coneretizações preferidas da mesma, tomadas em conjunção com os desenhos acompanhantes em que numerais de referência assemelhados são utilizados através de todas as diversas vis t a s par a s imbo1í z ar partes a s s emeIh ada s.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS DA PRESENTE INVENÇÃO h Figura 1 è um digrama esquemátieo mostrando uma concreticação de um sistema de acionamento de válvula e 1 e t r o - h 1 d r a u 1 i c o p a r a um mo t o r de c omb u s t a o i. n t erna em concordância com a presente í.ηvenç3o. A Figura 2 é y m g r a f i c o d a s c a r a c t e r í s t i c a s d e t o i g a 0 0: p i s t ã o - va i vo i a P c uma sirnu ração d c compUi,ã{joi ca presente invenção.
As Figuras são somente representações esquernaticas e a Diesente invenção não está limitada para estas côíicret í cações .
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS CONCRETIZAÇÕES PREFERIDAS DA PRESENTE INVENÇÃO
Uma concretização de um motor de combustão interna (100) possuindo um sistema de acionamento de válvula eietro-hidráulico em concordância com a presente invenção está mostrada na Figura 1. 0 motor de combustão interna (100) inclui pelo menos um cilindro de combustão tracionado por pistão (não mostrado) em comunicação com pelo menos uma válvula de controle de motor (106) (por exemplo, pelo menos uma válvula de admissão ou de exaustão) , um acionador de válvula eietro-hidráulico (102) para abertura e fechamento da válvula (106) , e uma bomba hidráulica (104) . A bomba hidráulica (104) pode ser uma bomba tracionada em excêntrico e liquidamente conectada para>. o acionador de válvula eietro-hidráulico (102) por intermédio de um reservatório de alta pressão (110).
Na concretização mostrada na Figura 1, a bomba hidráulica (104) inclui um êmbolo mergulhador (104b) que é tracionado por um excêntrico (104a). A geometria (isto é, a configuração) do excêntrico (104a) pode ser selecionada para tracionar o êmbolo mergulhador (104b) como desejado para carregar a pressão do fluido no reservatório de alta pressão (110). Preferivelmente, a geometria do excêntrico (104a) é selecionada fundamentada sobre a curva de folga de pistão-válvula para o cilindro de combustão, de maneira tal que quando o pistão de motor está se movimentando próximo para a válvula de controle de motor (106), a alta pressão começa a cair; o que significa dizer, o excêntrico (104a) começa a se movimentar para fora do êmbolo mergulhador (104b) . Por exemplo, como está mostrado na Figura 1, o excêntrico (104a) pode possuir porções côncavas (104a-l) e (104a-2) correspondendo para um ângulo de manivela do motor quando o pistão de motor se movimenta próximo para a válvula de controle de motor (106) , por intermédio disso possibilitando que o êmbolo mergulhador (104b) venha a se movimentar em direção do excêntrico (104a) quando a folga de pistão-válvula se torna pequena. 0 acionador de válvula eletro-hidráulico (102) inclui válvulas de controle (102a) e (102b), que são preferivelmente válvulas solenóides elétricas, válvulas de verificação (102c) e (102f), câmara de controle (102d), e um êmbolo mergulhador (102e). As válvulas de controle (102a) e (102b) podem ser abertas e cerradas para controlar a direção do êmbolo mergulhador (102e) para acionar a válvula de controle de motor (106), e podem ser controladas eletronicamente, tal como por intermédio de uma unidade ce controle eletrônico (ECU) ou processador (não mostrados). A válvula de controle (102a) (válvula de controle de alta pressão) possibilita que um fluido hidráulico de alta pressão venha a viajar para a câmara de controle (102d), para forçar o êmbolo mergulhador (102e) para viajar para fora em direção da válvula de controle (106). Fluido hidráulico pode ser possibilitado retornar para o reservatório de alta pressão (110) por intermédio da válvula de verificação (108) somente em um caminho. Abertura da válvula de controle (102b) (válvula de controle de alta pressão) possibilita que fluido hidráulico de alta pressão na câmara de controle (102d) venha a viajar para a reqião de baixa pressão, que pode estar conectada para um suprimento de fluido hidráulico de baixa pressão, tal como um reservatório de baixa pressão regulada (não mostrado). A válvula de verificação (102f) possibilita que fluido hidráulico venha a fluir de volta para a câmara de controle (102d), devesse a pressão na câmara de controle (102d) diminuir abaixo da pressão do suprimento de fluido hidráulico de baixa pressão. A válvula de verificação (102c) possibilita que fluido hidráulico venha a fluir a partir da câmara de controle (102d) , somente em um caminho, para o reservatório de alta pressão (110), quando a pressão na câmara de controle (102d) excede a pressão no reservatório de alta pressão (110). Por conseqüência, ainda mesmo quando a válvula de controle (102b) está fechada, a válvula de verificação (102c) cria uma espiral (loop) de realimentação - na medida em que o excêntrico (104a) se movimenta para fora a partir do êmbolo mergulhador (104b), a pressão no reservatório de alta pressão (110) começa a cair abaixo da pressão na câmara de controle (102d), e a válvula de verificação (102c) abre. Por conseqüência, colisão pistão-válvula pode ser prevenida confiavelmente sem confiança (dependência) sobre sistemas de controle eletrônicos.
Um acumulador hidráulico (112) está em conexão fluida paro o reservatório de alta pressão (110) . O acumulador hidráulico (112) tem a capacidade para armazenamento de fluido hidráulico excessivo quando a válvula de controle de alta pressão (102a) está fechada e ainda o êmbolo mergulhador (104b) continua a bombear fluido hidráulico para o reservatório de alta pressão (110) . O pistão (112a) do acumulador (112) tende a responder para flutuação de ba íxa pressão mai s cio que pa ra f lut uuçâo de alta pressão. Aqui, a queda de pressão devida para o projeto de configuração de excêntrico <104a) na medida em que o pistão de motor se movimenta próximo para a válvula de controle de motor |106) é de alta f reqüência. Consequentemente, o acumulador {112} é preferivelmente 1 coito para reagir para esta flutuação, o que possibilita que a pressão venha a flutuar para um nível de signífícância tal que a válvula de v e r í. í í e ação (102c) po d e a ta rir.
Em operação, a bomba hidráulica tracionada em excêntrica (104) supre fluído hidráulico de alta pressão p a r a o 3. c í o n a d o r de v á 1 v u 1 a e 1 e t r o - h 1 d r á u 1 i c o (102) . 0 e x c ê n t rico (104a) e s t á p r e f e r i v e .1 me n t e me c a n i c a me n t. e conectado para o eixo de maniveias de motor (nao mostrado) como uma proporção de 2 : 1 [isto è, o eixo de maniveias de motor rotaciona duas revoluções enquanto o excêntrico (104a) rotaciona uma revolução]. 0 perfil de excêntrico está preferivelmente cornaigorado para corresponder para o perfil de folga de pisfào-válvula, de maneira que o pistão de motor se movimenta em direção das válvulas de motor e a folga de pistão™· válvula instantânea se torna menor, o êmboio mergulhador de bomba (104b) se movimenta em direção do excêntrico (104a) . fia medida em que o êmboio mergulhador (104b) se movimenta em direção do excêntrico <104a>, a pressão hidráulica no reservatório de alta pressão (110) cai. Como um resultado, a válvula de verificação (102c) abre e fluído hidráulico de alta pressão viaja a partir da c a vaa r a d e c o n t r o 1 e <102d) pi a r a o r e s e r v a t; ó .r; i o d e a .11 a pressão (110), que possibilita que a válvula de motor (106) venha a se movimentar para fora a partir do pistão de motor para evitar colisão pistão-válvula ainda mesmo quando a válvula de controle (102b) está ainda fechada. A válvula de controle (102b) é aberta para possibilitar que fluido hidráulico venha a retornar para a região de baixa pressão. As válvulas de controle (102a) e (102b) estão fechadas, e na medida em que pistão de motor se movimenta para fora a partir da posição central de extremidade de topo, a pressão hidráulica no reservatório de alta pressão (110) é construída de volta (recuperada). A válvula de controle (102a) é após isso aberta para ciclo de válvula de controle de motor (106) para o próximo evento de combustão.
Referindo-se agora para a Figura 2, assume-se que a. válvula de controle de baixa pressão (102b) tenha falhado para abrir antes da posição central de extremidade de topo para evitar colisão pistão-válvula. A Figura 2 mostra uma simulação de folga de válvula, e de elevação de válvula, versus regulagem de tempo do cilindro. 0 gráfico do topo mostra o sinal de controle para a válvula de controle de alta pressão (102a) , o gráfico do meio mostra o sinal de controle para a válvula de controle de baixa pressão (102b), e o gráfico do fundo mostra elevação de válvula e folga (perfil de folga de pistão-válvula). O eixo geométrico de fundo de cada gráfico é o ângulo de manivela do motor, que corresponde para a posição do pistão.
Em operação, a válvula de controle de alta pressão (102a) está inicialmente fechada para possibilitar que alta pressão venha a ser construída no reservatório de alta pressão (110). A válvula de controle de alta pressão (102a) está aberta, o que provoca que o embolo mergulhador (102e) venha a acionar a válvula (106) para abrir. A elevação de válvula inicial está mostrada como aproximadamente 12 mm e se estabiliza rapidamente em cerca de 10 mm. Na medida em que o pistão de motor se aproxima da válvula (106), a válvula (106) começa a fechar (isto é, a elevação de válvula diminui). Pode se observar que a folga de pistão-válvula se torna pequena na medida em que o pistão de motor se aproxima da posição central de extremidade de topo, mas colisão pistão-válvula é evitada ainda mesmo antes que a válvula de controle de baixa pressão (102b) esteja aberta.
Como um resultado do novo projeto mecânico da presente invenção, colisão pistão-válvula pode ser prevenida ainda mesmo se existe uma falha no sistema de controle eletrônico.
Enquanto a presente invenção tenha sido descrita em detalhes anteriormente, a presente invenção não está intencionada para ser limitada para as concretizações especificas como descritas. É evidente que aqueles especializados no estado da técnica podem agora fazer numerosas utilizações e modificações da presente invenção e afastamentos da presente invenção a partir das concretizações especificas aqui descritas não estão distanciados a partir do conceito inventivo.
Deverá ser apreciado que a presente invenção pode ser implementada em um número de tipos de motores de combustão interna. 0 motor pode possuir qualquer número de cilindros.
Portanto, a presente invenção está unicamente limitada pelas reivindicações de patente posteriormente.

Claims (11)

1 . uiu sistema de acionamento de valvula para utilização em um motor de combustão interna compreendendo pelo menos um cilindro de combustão possuindo um pistão e uma válvula de motor, o referido sistema de acionamento de válvula sendo caracterizado pelo fato de que compreende: - uma bomba hidráulica configurada para produzir uma saida hidráulica fundamentada sobre um perfil de folga de válvula-pistão de pelo menos um cilindro do referido motor de combustão interna; um reservatório de alta pressão acoplado com referida bomba hidráulica; e - um acionador de válvula eletro-hidráulico acoplado com referido reservatório de alta pressão e configurado para acionar pelo menos uma válvula de motor do referido motor de combustão interna em concordância com uma saída de referida bomba hidráulica; - em que referido acionador de valvula eletro- i hidráulico inclui uma câmara de controle acoplado com referido reservatório de alta pressão e pelo menos um êmbolo mergulhador liquidamente conectado com referida câmara de controle e mecanicamente conectado para referida pelo menos uma válvula de motor, e referido sistema de > acionamento de válvula adicionalmente compreendendo pelo menos uma via (loop) de realimentação a partir de referida câmara de controle para referido reservatório de alta pressão; e - em que referida pelo menos uma via de realimentação conip γθθ rs d 6 urna ρ r i me i ra via de rsa í üiientãçso possui π c.io uns d primeiro válvula da vendí caça o disposta na mesma, rsiendâ primeira válvula de verificação contipuracta para dos s i D11. í t a r q u c í 1 u i. do h i. d r à u .1 :i.. c o ve η π 3 a i J.. u i r a pa r tx r de referida câmara de controle para referido reservatório de alta pressão quando a pressão em referida câmara de controle excede a pressão em referido reservatório de alta pressâo.
2, O sistema de acionamento de válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido sistema adí c í ona Imente compreende pelo menos uma via de real imerrt ação a partir de referido acionador de válvula eletro-hidráulico para referido reservatório de alta pressão, de maneira tal que quando a pressão em referido reservatório de alta pressão está mais baixa do que a pressão em referido acionador de válvula eletro-hidráulico, fluido hidráulico viaja a partir de referido acionador de válvula eletro-hidràulico cie volta para referido reservatório de alta pressão.
3. 0 sistema de acionamento de válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que referida bomfoe bi drául i ca iπc 1 αí. um excênt r i co e um êrabo 1 o inerqulhador, referido excêntrico possuindo uma configuração selecionada para produzir referida salda hidráulica f u n d a m e n t. a d a s o b t e r e f e .r i do perfil d & f o 1 g a d e v á 1 v u .1 a -pistão de referí, do pelo menos um cilindro de motor, de inansira t a .1 q u e r e i e r í. d o êm b o 1 o me r g n 1. h a d o r se moví. me n t. a e m direção do referido excêntrico quando folga de válvula-p i s t. à o d e r e i a r í. d ο ρ í. s tão e r e f e r í, da v á X v u 1 a de m o t o r s e aproxima de zero.
4. 0 sistema de acionamento de válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que referida pelo menos uma via de realimentação compreende uma segunda via de realimentação possuindo uma válvula de controle disposta na mesma.
5. 0 sistema de acionamento de válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que referida pelo menos uma via de realimentação compreende uma segunda via de realimentação possuindo uma segunda válvula de controle e uma segunda válvula de verificação dispostas na mesma, em que quando referida segunda válvula de controle está aberta, fluido hidráulico é permitido fluir para região de baixa pressão, e referida segunda válvula de verificação possibilita que fluido hidráulico venha a fluir a partir da região de baixa pressão para referido reservatório de alta pressão quando a pressão em referido reservatório de alta pressão está abaixo da pressão em referida região de baixa pressão.
6. 0 sistema de acionamento de válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido sistema adicionalmente compreende um acumulador acoplado com referido reservatório de alta pressão.
7. 0 sistema de acionamento de válvula, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o referido acumulador armazena fluido hidráulico excessivo e funciona de maneira tal que referida válvula de verificação ^ pciiriiLida ab^_ii_ cin resposta para mudanças de alia oressao em pressão de fluido.
8. Um método de acionamento de válvula para utilização em um motor de combustão interna compreendendo pelo menos um cilindro de combustão possuindo um pistão e uma válvula de motor, referido motor de combustão interna compreendendo um sistema de acionamento de válvula eletro-hidráulico para abertura e fechamento de referida válvula de motor, referido sistema de acionamento de válvula compreendendo uma bomba hidráulica incluindo um embolo mergulhador mecanicamente acoplado com um excêntrico, referido excêntrico movimentando referido êmbolo mergulhador para criar pressão hidráulica e estando mecanicamente acoplado para um eixo de manivela de motor, referido sistema de acionamento de válvula eletro-hidráulico também incluindo um segundo êmbolo mergulhador liquidamente conectado com referida bomba hidráulica e mecanicamente conectado com referida válvula de motor para abertura e fechamento de referida válvula de motor, o referido método caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: - determinação de um perfil de folga de pistão-válvula de referido pistão e referida válvula de motor para referido pelo menos um cilindro de combustão; e - seleção de uma configuração de referido excêntrico de referida bomba hidráulica fundamentada sobre referido perfil de folga de pistão-válvula, de maneira tal que referido êmbolo mergulhador se movimenta em direção do referido excêntrico quando folga de válvula-pistão de referido pistão e referida válvula de motor se aproxima de zero; - em que referido sistema de acionamento de válvula adicionalmente compreende uma câmara de controle acoplada com um reservatório de alta pressão por intermédio de uma válvula de controle, referido método adicionalmente compreendendo uma etapa de: acoplamento de um acumulador com referido reservatório de alta pressão; e - provisão de uma via de realimentação a partir de referida câmara de controle para referido reservatório de alta pressão por intermédio de uma válvula de verificação, de maneira tal que quando a pressão em referida câmara de controle excede a pressão em referido reservatório de alta pressão, fluido hidráulico flui para referido reservatório de alta pressão a partir de referida câmara de controle para prevenir colisão pistão-válvula.
9. O método de acionamento de válvula, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o referido método adicionalmente compreende a etapa de configuração de referido acumulador de maneira tal que referida válvula de verificação é permitida abrir em resposta para mudanças de alta pressão em pressão de fluido.
10. Um sistema de acionamento de válvula eletro-hidráulico para utilização em um motor de combustão interna compreendendo pelo menos um cilindro de combustão possuindo um pistão de motor e uma válvula de motor, o referido sistema de acionamento de válvula caracterizado pelo fato de que compreende: - um recurso de bomba hidráulica para produção de uma saida hidráulica de fluido hidráulico fundamentada sobre um perfil de folga de válvula-pistão de pelo menos um cilindro de motor de referido motor de combustão interna; um recurso de acionamento de válvula para acionamento de pelo menos uma válvula de motor de referido motor de combustão interna em concordância com uma saida de fluido hidráulico de referido recurso de bomba hidráulica; - um recurso de reservatório de alta pressão acoplado com referida bomba hidráulica; um recurso de câmara de controle acoplado com referido reservatório de alta pressão; - recurso de realimentação para redirecionamento de fluido hidráulico a partir de referido recurso de acionamento de válvula quando o pistão de motor se movimenta próximo para a válvula de motor; e - um recurso de válvula de verificação disposto em referido recurso de realimentação, para possibilitar que fluido hidráulico venha a fluir a partir de referida câmara de controle para referido reservatório de alta pressão quando a pressão em referida câmara de controle excede a pressão em referido reservatório de alta pressão.
11. 0 sist ema de acionamento de válvula, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o referido sistema adicionalmente compreende recurso de acumulador para armazenamento de fluido hidráulico excessivo a partir da saida a partir de referido recurso de bomba hidráulica.
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